发动机 CAE
汽车制造中的CAE系统应用
汽车制造中的CAE系统应用在汽车制造业中，计算机辅助工程（CAE）系统已成为产品设计和制造过程中不可或缺的一部分。
CAE系统通过模拟和分析产品的性能，为汽车制造商提供了在产品上市前发现和解决潜在问题的能力。
本文将深入探讨CAE系统在汽车制造中的应用，并强调其在提高产品质量、降低成本和缩短上市时间方面的重要性。
汽车制造中的CAE系统CAE系统是一种利用计算机模拟和分析产品性能的工程技术。
在汽车制造中，CAE系统主要用于以下方面：结构强度分析结构强度分析是汽车制造中最重要的CAE应用之一。
通过对汽车结构进行有限元分析，可以评估其在各种载荷条件下的强度和耐久性。
这有助于确保汽车在正常使用过程中能够承受预期的载荷，同时避免因结构疲劳导致的故障。
模态分析模态分析是研究结构固有振动特性的一种方法。
在汽车制造中，模态分析有助于评估汽车结构对共振条件的敏感性。
通过识别和减少固有频率的差异，可以降低汽车在行驶过程中的噪音和振动，提高乘坐舒适性。
流体动力学分析流体动力学（CFD）分析用于研究汽车在行驶过程中与空气的相互作用。
通过CFD分析，可以优化汽车的外观设计，减少空气阻力，提高燃油效率。
此外，CFD分析还用于评估汽车尾气排放对环境的影响。
热力学分析热力学分析是评估汽车组件在运行过程中的温度分布和热传递特性的方法。
在汽车制造中，热力学分析有助于优化发动机和其他热力学系统的性能，提高能源利用效率。
多体动力学分析多体动力学（MBD）分析用于研究汽车组件在相互作用下的动态行为。
通过MBD分析，可以评估悬挂系统、传动系统和车辆动力学的性能，从而提高汽车的操控性和稳定性。
CAE系统在汽车制造中的应用具有重要意义。
通过使用CAE系统，汽车制造商可以在产品上市前发现和解决潜在问题，提高产品质量、降低成本并缩短上市时间。
随着计算机技术的不断发展，CAE系统在汽车制造中的应用将继续扩大，为汽车制造商提供更多的设计优化和制造效率。
疲劳分析疲劳分析是评估汽车结构在循环载荷作用下的耐久性。
发动机高效CAE分析软件PERMAS
PERFORMANCE BREAKTHROUGH IN ENGINE ANALYSISM. Ast, S. Hüeber, M. Klein, R. HelfrichINTES GmbH, Stuttgart, Germany, info@intes.deNAFEMS World Congress 2011, Boston, 23-26 May 2011THEMEHigh Performance ComputingKEYWORDSEngine analysis, faster algorithm, material nonlinear gasket elements, contact-controlled nonlinear gasket elements.SUMMARYDevelopment of lightweight, low fuel consuming engines is one important component to achieve sustainable mobility. Virtual engine development is established since several years. Finite Element (FE) analysis is an accepted method in this area to analyze and improve the structural behaviour of engines. But the current long-lasting calculations prohibit a big number of variants and the usage of optimization methods.A new much faster method for the solution process of gasket element based on the flexibility matrix [1], the inverse of the stiffness matrix, is introduced. Subsequently, the method will be presented at several engine analysis examples. All examples are state of the art engine models from the automotive industry. The drastic reduction in calculation time on the same hardware with the new method compared to the classic method will be analyzed in detail.The performance breakthrough in virtual engine analysis by drastic reduction of analysis time allows extensive variant analysis. This opens a door to mathematical optimization methods for the simulation of engines with realistic nonlinearities in a reasonable time frame. This results in development of more efficient engines by much better understanding of the structural behaviour.1: IntroductionIn the virtual development of engines based on FE analysis a breakthrough of analysis speed is strongly needed. In the past few years parallelization and faster hardware has helped to hide the moderate improvements on the method side. But with slower acceleration of the CPU speed only improvements of the methods will show considerably shorter run times.During the same time the model become finer and from this follows that the number of unknowns increases. The two boosters behind the model size increase are higher accuracy of finer meshes [1] and less human resources that are needed for automatic meshing. In the past a lot of human working time was used to create special geometry adaption for FE analysis and for meshing with special emphasis to reduce the number of degrees of freedom (DOF) for engine models (see Fig. 1).Today the original CAD geometry and automatic meshing is used for engine models resulting in drastically reduced human working time to create a mesh. But on the other hand the element size is reduced to get a reliable process also for detailed geometries. Therefore, the number of DOF and the calculation time is increased.The reduction of the fuel consumption is very important today. This target should be accessed by a virtual development process that investigates more variants to get the best product. The methods to create more models in shorter time are ready to use, so it is only the next logical step to improve the methods of analysis to go in lockstep with the needs. Emphasis should be put on the efficiency of FE analysis by process improvements inside the solver and the associated new methods in the solution process.Static engine analysis is characterized by three important non-linear effects. First is the contact analysis, second non-linear material like plastic behaviour, tension and different compression behaviour of cast iron material, gasket material from measurement of the gasket layer and as third part the description of the non-linear load history. The non-linear load history should include assembly with bolt loading, temperature load for different temperature distribution states and working load with gas pressure in the cylinder.In the following sections a new solution method for the gasket elements with drastic reduction of overall run-times will be introduced. Three examples for different use cases will demonstrate the advantages of the solution for the development in the engine industry.22: Contact Analysis with Flexibility MethodIn the past a big variety of solution schemes for the numerical treatment of contact boundary conditions have been developed, e.g. Lagrangian parameters, penalty functions or staggered u/p iterations [1, 2, 3, 4]. In the following, we will use a slightly modified flexibility method which exactly simulates the discontinuity of the contact region. This method shows an excellent efficiency[5].Figure 1:Flexibility method for contact analysis and half of a V6 engine (by courtesy of Ford Motor Company)Fig. 1 shows the complete algorithm for a linear static analysis of several load steps with contact. Starting with the global stiffness matrix K and the applied forces R e a linear-elastic solution r l is calculated first without consideration of the contact boundary conditions. This solution is then transformed to a significantly smaller system which contains only the relative displacements of the potential areas of contact. A condensed flexibility matrix F ~ is then built for the contact system. During subsequent iterations the contact is closed or opened at all potential locations, respectively, until penetration is compensated by reaction forces and a state of equilibrium is reached. Finally the contact forces are transformed back into the original displacement coordinate system and the global displacements are corrected by the relative displacements of the contact zones.The efficiency of the solution scheme is primarily based on the reduction of the non-linear system of equations. Even models with several million degrees of freedom usually have only a few thousand contact pairs. So the size of the 3flexibility matrix is much smaller than the stiffness matrix. A modern iteration algorithm [6] with a convergence by far superior to the common load step methods [5] contributes to the excellent performance. In addition, the convergence improves with the complexity of the model. An additional advantage of the flexibility method is its numerical accuracy. Because of the strong influence of micro-slipping on the frictional forces and corresponding effects on the resultant calculations, it is essential to minimize numerical errors. Algorithms using penalty functions do in general lead to worse condition number of the stiffness matrix. The resulting numerical error in the displacements may be of the same amount as the relative movement of the contact pairs.In contact analysis it is important to fulfil the boundary conditions as exactly as possible [7, 8]. If the discontinuity is exactly fulfilled, the normal contact has no respective infinite stiffness. Also frictional contact is ideally simulated, even anisotropic friction is supported.3: Nonlinear Material AnalysisThe task of the solution process for non-linear materials is the handling of any material description. Typically, non-linear material of cylinder head, crankcase or bolts is used in engine analysis. Besides classical elastic-plastic material properties, sometimes a cast iron material law is required where the non-linear material behaviour in tension and compression domain is significantly different (see Fig. 2).Figure 2:Cast iron material data4Both material laws are handled by input of a strain-stress relation. Also the characteristics are very similar, so the algorithms for the solution process can be specialized to them for the most efficient overall solution process. If plastic or cast iron material non-linearity is taken into account for engine analysis, a big fraction of the number of overall elements will be affected.For engine analysis the third material, gasket material, is of utmost importance, because it has a big influence on the overall behaviour. Non-linear gasket material has a totally different characteristic. Description is made by the behaviour orthogonal to the sheet plane through all sheets by a measured pressure/closure curve (Fig. 3).Figure 3:Pressure/closure material behaviour of gasket from measurementThe material is elastic or plastic, has one loading curve and several unloading curves, which describe different unloading paths dependent on the load state. For different areas of the engine gasket, like bead, half bead or body, individual measurements are done. So, different properties are used at several regions of the gasket layer. Very typical is the ascending slope of the curve in opposite to the classic weakening material laws. The in-plane material characteristic is linear elastic. The number of gasket elements is very small in comparison to the number of all other elastic elements.The different behaviour of material non-linear elements and gasket elements and their different function is quite essential. But up to now both are solved by one common iterative process (see Fig. 5A). If the contact analysis with flexibility method, as described in the first section, is used, the non-linear material solution embraces with an iterative loop the contact iteration loop.5This loop is very time consuming, because all operations are done with the whole stiffness matrix.4: Process Modelling – Non-Linear Load HistoryFor the analysis control the specification of the load history is very important. Fig. 4 shows a typical example for a load step control where the load steps are arranged from the bottom to the top and the abscissa represents the virtual time steps of the process during non-linear analysis. Pretension and locking of several bolts and loading/unloading of gas pressure take part in this example during the four load steps.For an engine with a higher number of cylinders there should be also a higher number of load steps, because the gas pressure has to act on all cylinders separately in a specific sequence. Also the changes of temperature states and the associated changes in stiffness can be investigated and results in a higher number of steps.Figure 4:Plot of non-linear load history for engine analysis (example)5: Gasket Analysis – State of the Art Algorithmic ProcessThe solving of gasket elements is calculated as part of the solution process for the stiffness matrix (loop of NLMATERIAL iteration). Fig. 5A shows the three 6main loops (CA-iteration nested in NLMATERIAL-iteration, nested in load step history) during the non-linear engine analysis.Contact is solved iteratively for each loop of the non-linear material solution process. And both loops are several times repeated in the loop of non-linear load steps.Figure 5:Analysis process with (A) and without (B) non-linear material loop6: Non-linear Gasket Solution by Flexibility MethodIn the new process the gasket element solution is shifted from the non-linear material loop to the CA-iteration. This is against the well-known rule for efficient algorithms, that it is more efficient to do the effort in the outer loops and not in the inner loops that are repeated very frequently.But as shown in Fig. 6 the size of the flexibility matrix for engine analysis is typically more than 100 times smaller than the stiffness matrix. In addition, this perfectly fits to the very small number of gasket elements (there is only one 2D-layer gasket elements in the 3D-model).As second factor, the pressure/closure curve can be solved very similar to the contact by highly efficient algorithms. And the solution process for non-linear materials can be stronger focused on plastic and cast iron materials.So, engine analysis can be divided in two classes of analysis:71.Analysis of accurate results (for comparison with measurements) bytaking into account all possible nonlinearities,2.Analysis of representative results (for relative comparisons of variants)by taking into account most important nonlinearities only.In the second case, variants may take non-linear gasket behaviour into account but neglect non-linear material behaviour of the other structural parts.For this case, the most time consuming loop of NLMATERIAL iteration can be omitted (Fig. 5B). So, the run time for variant analysis is reduced drastically. This is a big breakthrough in engine analysis.Figure 6:Shift of matrix size for typical gasket analysis7: ExamplesThree examples are chosen to show three different use cases for the new implemented solution algorithm. The first one shows the efficiency gain by simple switch to the new algorithm without any reduction in model quality. The second shows the big reduction that is possible for variant analysis. And the last one raises the number of degree of freedom (DOF) a lot. A new class of model is defined by this example. Here it is possible to analyze a very detailed model in short time frame on limited hardware resources with taking into account the full non-linear gasket material and a non-linear load history.8Non-linear Gasket Behaviour, Non-linear Contact, Non-linear Materials (Cast Iron, Plastic) for Complete ModelThe analysis is done on 8 core hardware with usage of 26 GB main memory. Fig. 7 shows that the former already best in class analysis time (on the left side) is reduced by a factor greater than two (reduced run time shows the right bar). This is done by solving the gasket by the iterative contact algorithm without loosing any accuracy. Therefore, the name of the new algorithm is contact controlled non-linear gasket (ccnlg) solver.The disk space consumption is the same as for the conventional method.Figure 7:Engine with nonlinear materialsNon-linear Gasket Behaviour, Contact, Linear Materials for Non-Gasket ElementsThe second industry engine model has more than 7.5 million DOFs and is investigated by 7 load steps (Fig. 8). All materials, besides the gasket, are linear.Using the new solution method reduces the run time from a “several days” job by a factor of twenty to “during a longer lunch break” job. In addition the hard disc consumption is reduced from 137 GB to 87 GB (Fig. 8).This significant reduction in analysis time makes it possible to investigate a much bigger number of variants than before. Also optimization becomes9possible with the new method. Run time reduction and optimization both result in much better products.Figure 8:Engine with nonlinear gasket elements onlyBig ModelIn industry more accurate models are needed by means of a much finer mesh for the cylinder head. Such a model has easily close to 30 million DOF (Fig. 9). But still a load history with several steps and a full non-linear gasket with loading and unloading material data are required.The characteristics show a formerly not solvable (on the same hardware) model, because the time and disc consumption was too high for efficient use. Fig. 9 shows that the solution only needs a little bit more than 3 hours with the new solution method for gasket elements. This kind of model can be solved now without using expensive non standard hardware and without the need of a cluster solution.10Figure 9:Big engine model8: ConclusionThe new gasket solution algorithm reduces the runtime of engine analysis with non-linear gasket material to calculation times known before from simple linear analysis with contact. No additional effort for the model is needed. The full non-linear loading and unloading are included even in linear static analysis. By the drastic reduction of calculation times which can not be delivered by current hardware evolution, new possibilities are now available. The development of engines can be improved by much finer models with more detailed results, by much more variants to get a deeper understanding of the mechanical behaviour, by optimization to improve the complex physical behaviour by an automatic process, and, last but not least, by combining bigger models, more variants, and optimization.11REFERENCES[1] PERMAS version 13: “Users’ Reference Manual”, INTES PublicationNo. 450, Stuttgart 2010[2] Zienkiewicz, O. C., Taylor, R. L., “The Finite Element Method”,Butterworth-Heinemann, 6 edition, ISBN 0750664312, 2005[3] Zhong, Z.-H., Mackerle, J., “Static contact problems – a review”,Engineering Computations 9 (3-37), 1992[4] Kikuchi, N., Oden, J. T., “Contact problems in elastostatics”, FiniteElements, Vol. 5, 1983[5] “Analysis of Linear Contact Problems”, INTES Publication No. 229,Rev. C, Stuttgart, 1985[6] Leaky, J.G., Becker, A. A., “Benchmarks for Three-DimensionalContact Problems”, Proceedings of NAFEMS world Congress 1997(335-346), NAFEMS, 1997[7] Sellgren, U., Olofsson, U., “A frictional model for the micro-sliprange”, Proceedings of NAFEMS World Congress 1997 (534-544),NAFEMS 1997[8] Katz, K., Werner, H., “Implementation of nonlinear boundaryconditions in Finite Element analysis”, Computer & Structures Vol. 15,No. 3 (299-304), 198212。
CAE在各个行业概况
CAE在各个行业概况摘要：随着计算机辅助工程（CAE）技术的发展，CAE在各个行业中已经得到了广泛的应用。
本文将对CAE在航空航天、汽车、医疗、电子、建筑、能源等行业的应用情况进行调研和分析。
本文将介绍CAE技术在这些行业中的应用和发展趋势，并分析它们在这些行业中的优点和挑战。
一、简介随着计算机技术的不断发展和迅速普及，计算机辅助工程（CAE）技术在工程领域中得到了广泛应用，大大提高了工程设计的效率和准确性。
CAE是指利用计算机仿真和模拟等技术进行工程设计、分析和验证的方法。
它不仅可以用于设计过程中的仿真和测试，还可以用于产品的研发、生产和维护。
在过去几年中，CAE技术已经得到了广泛的应用，并在各个行业中取得了显著的成就。
本文将分析CAE在航空航天、汽车、医疗、电子、建筑、能源等行业的应用情况和发展趋势，并探讨它们在这些行业中的优点和挑战。
二、航空航天在航空航天领域中，CAE技术已经成为必不可少的工具。
飞行器的设计和开发是一项非常复杂的工程，需要进行大量的计算和验证。
CAE 技术可以在设计过程中进行仿真和测试，以验证设计的正确性和可行性。
例如，可以使用CAE技术进行气动性能、结构强度、疲劳寿命等方面的仿真和测试。
据统计，使用CAE技术可以将飞机研发的时间和成本降低30%以上。
目前，航空航天领域中最热门的CAE技术是CFD（计算流体力学）和结构分析。
CFD技术可以用于模拟飞机飞行时的气动流场状况，分析飞机的气动性能和优化设计。
结构分析可以用于确定飞机的结构强度和疲劳寿命，并提供改善设计的建议。
此外，CAE技术在航空航天领域中的应用还包括发动机设计、飞行控制和航空电子。
三、汽车汽车是CAE技术的另一个重要应用领域。
汽车的设计和开发也是一项非常复杂的工程，需要进行大量的计算和验证。
CAE技术可以用于模拟汽车的运行和碰撞，以评估汽车的安全性和性能。
例如，可以使用结构分析技术来确定汽车的强度和疲劳寿命，以及优化车身设计；可以使用动力学仿真技术来模拟汽车的悬挂系统和其他运动部件的运动，并对其进行优化。
GT-SUITE各模块简介
专家系统/报表模式： 用户提出一系列问题，比如： 在每个档位下的最大爬坡能力。 指定循环驾驶工况中车辆的燃油经济性和排放。 从静止加速到指定速度或距离所需的时间。 仿真计算自动进行。 自动设置每个问题的输入条件和输出变量。 以 HTML 格式输出结果。 用户可以将问题保存便于以后的使用
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GT-COOL
GT-COOL 是用于发动机热管理系统设计和分析的先进软件。它是专门为发 动机和车辆制造商以及发动机热管理部件供应商设计的。可以用于稳态和瞬态的 分析，包括经简化的发动机和车辆模型。只要投入很小的工作量（车辆和发动机 模型可以在 GT-DRIVE、GT-POWER、GT-COOL 之间相互拷贝），就可以分析瞬 态循环工况（FTP、MVEG 等标准循环工况）。GT-COOL 所采用的隐式格式流动 求解器，求解快速、稳定、可靠。
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GT-VTRAIN
GT-VTRAIN 主要应用于配气机构的机械运动和摩擦分析，是一种先进的设 计工具。它的计算精度和可靠性已经被大量的实际应用所证实。 主要应用：
配气机构（多体）动力学计算。 配气机构的运动学计算。 凸轮设计。 准动力学（刚性）分析，正规化 力和分离速度。 接触力和冲击力，气门落座速度 和反弹。 凸轮随动件的摩擦、赫兹应力、 变形、油膜厚度。 凸轮轴的扭转/弯曲的动态特 性。 凸轮轴轴承轨迹、摩擦扭矩。 配气机构的摩擦力和功率损失。 GT-VTRAIN 建模范围广泛，从标准 的配气结构布置到所有现代形式，包括 推杆、顶置凸轮、摆臂式和摇臂式顶置 凸轮、直接操纵式等。GT-VTRAIN 提供 了完整的动力学/液力学基本部件，同时 也提供了许多预变程的复合部件，比如 用于标准配气机构的部件（摇臂、提升 阀、液力间隙调节器等）。使用复合部件 可以减少建模的时间，而基本部件的使用可以拓展 GT-VTRAIN 的应用范围。因 此，GT-VTRAIN 是一种配气机构多体动力学计算的软件。
CAE实验报告
CAE实验报告一、实验目的本次 CAE 实验的主要目的是对某机械结构在特定载荷条件下的力学性能进行分析和评估，以确定其是否满足设计要求，并为优化设计提供依据。
二、实验对象实验对象为某型汽车发动机的连杆结构。
该连杆在发动机工作过程中承受着周期性的拉伸、压缩和弯曲载荷，其力学性能直接影响发动机的可靠性和耐久性。
三、实验原理CAE（Computer Aided Engineering）即计算机辅助工程，是一种利用计算机技术对工程结构进行数值模拟和分析的方法。
本次实验采用有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）方法，将连杆结构离散化为有限个单元，并通过求解节点的位移和应力来获得整个结构的力学响应。
有限元分析的基本原理是基于变分原理，将连续的求解域离散为有限个单元，每个单元通过节点相互连接。
通过对每个单元的力学特性进行分析，建立单元刚度矩阵，然后将所有单元的刚度矩阵组装成总体刚度矩阵，再根据边界条件和载荷条件求解总体平衡方程，得到节点的位移和应力。
四、实验设备与软件本次实验使用的硬件设备为高性能计算机工作站，配备多核处理器和大容量内存，以满足有限元分析的计算需求。
实验所使用的软件为 ANSYS Workbench，这是一款功能强大的CAE 分析软件，包含了建模、网格划分、求解和后处理等模块，能够方便地对各种工程结构进行分析。
五、实验过程1、几何建模使用三维建模软件（如 SolidWorks）创建连杆的几何模型，并将其导入到 ANSYS Workbench 中。
2、材料定义为连杆结构定义材料属性，包括弹性模量、泊松比、密度等。
3、网格划分对连杆模型进行网格划分，采用合适的单元类型和尺寸，以保证计算精度和效率。
在关键部位（如连杆大头与小头的过渡区域）采用较细密的网格，而在非关键部位采用较粗疏的网格。
4、边界条件与载荷施加根据实际工作情况，确定连杆的约束条件和所承受的载荷。
约束连杆大头孔的周向位移和轴向位移，在小头孔处施加周期性的拉伸和压缩载荷。
LMS发动机动力学和声学仿真方案
LMS 发动机动力学和声学仿真方案1. LMS公司及其发动机相关产品比利时LMS国际公司，是目前唯一一家在振动、声学、疲劳耐久性、多体动力学和优化等多个专业领域提供试验产品和技术、CAE产品和技术、以及项目咨询的公司，其业务的70%来自汽车工业。
LMS在汽车领域不断的技术推动力来自于与国际一流的汽车厂家的紧密合作。
LMS的发动机CAE分析产品的技术，也同样来自于与发动机的尖端用户的合作。
LMS的发动机CAE仿真分析包括了：全发动机的动力学仿真（DADS/Engine+PDS, b Motion +PDS）；发动机的声学分析(Sysnoise FEM+BEM+ATV+PreAcoustics), 发动机的疲劳分析（Falancs）；有限元模型的验证和修正（Gateway）；设计目标的优化（Optimus）。
2. LMS发动机动力学仿真技术简述始于1970年代末的LMS多体动力学仿真产品DADS是该行业的鼻祖，经不断的发展和改进验证，以其求解器的稳定和精度而闻名。
DADS/Engine是专用于发动机动力学仿真的一组功能模块，含有：-曲轴连杆（刚性和柔性）-缸体(刚性和柔性)-曲轴-缸体相互作用（含油膜轴承）-气门机构（含3D螺旋弹簧，柔性部件，凸轮碰撞）-正时机构-传动系统-…等子系统，既可以单独分析子系统，也可以建立完整的发动机动力总成模型，用于分析总体性能。
DADS/Engine的高性能求解器，在关键系统的高精度模拟、处理柔性部件及其振动、大加速度的高频响应分析等关键性能上，深受一流用户的长期信赖.2001年，LMS公司推出了其虚拟原型技术的战略性产品－b（虚拟试验室），以面向应用流程、面向功能属性的革命化创新，集成振动噪声、声学、疲劳耐久性、多体动力学、碰撞、优化等技术，使用户享有前所未有的易用性、高效率，轻松进行高深度的功能属性的分析，并与LMS的领先的试验技术相结合，利用试验数据进行更准确的仿真。
汽车制造行业的cae技术分析
随着科技的发展进步，产品在趋于多样化、智能化的同时，会不可避免地趋于复杂化。
对于复杂的工程，人们都希望能在产品生产以前对设计方案进行精确的试验、分析和论证，这些工作需要借助计算机实现，就是计算机辅助工程，即CAE（Computer Aided Engineering）。
CAE是包括产品设计、工程分析、数据管理、试验、仿真和制造的一个综合过程，关键是在三维实体建模的基础上，从产品的设计阶段开始，按实际条件进行仿真和结构分析，按性能要求进行设计和综合评价，以便从多个方案中选择最佳方案，或者直接进行设计优化。
CAE在汽车行业中的市场应用现状在国外CAE技术在汽车行业中已经进入工业化应用阶段，从零部件的结构强度分析、疲劳寿命到整车的NVH和发动机内部的仿真等等，很多国际著名的汽车公司都有的应用规范和仿真分析流程，他们甚至有自己开发的专业软件，而我国的汽车行业相比国外的汽车行业起步较晚，CAE在中国汽车行业中的应用起步于二十世纪80年代，90年代后期才加速发展，到目前我国汽车产品的研发仍以逆向式的开发为主，基于CAE技术的正向产品开发的能力还相对较薄弱，中外合资的企业和零部件生产企业的CAE应用水平普遍较低，基本都停留在基本分析的水平上。
目前CAE技术已经引起很多企业领导人的重视，但在我国的汽车工业应用中，无论是零部件还是整车，并不具备把CAE技术应用到产品开发设计阶段中的能力，更别说建立自己的应用规范了。
轿车企业相对卡车和客车要好一点，就国内的汽车企业来说，奇瑞公司应该是走在了前端，奇瑞率先成立了自己的CAE部，目前奇瑞的CAE部有100多人，基本涵盖了CAE各方面分析内容，应该说目前在CAE技术应用方面奇瑞已具备一定的力量，可以说这为未来奇瑞的发展奠定了一定的基础，2008年，奇瑞公司荣获“2008中国CAE领域杰出贡献奖”很好地说明了它已走在了国内汽车生产商的前列。
存在问题及原因探究尽管CAE技术能解决许多传统设计不能解决的问题，能提前对所设计的产品进行强度/寿命及特性预测，能有效地保证产品的可靠性，能给企业带来巨大的汇报，但汽车行业是个高速发展的行业，汽车的相关技术更新较快，面对中国激烈的竞争市场，按外方那种正常的管理开发程序，很多事情都会被耽误了。
基于CAE的发动机舱罩结构分析及优化设计
ｐ ｕ ｒ ｐ ｏ ｓ ｅ ｏ ｆ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ － ａ ｉ ｄ ｅ ｄ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ （ Ｃ ＡＥ）ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｏ ｆ ｆ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｉｇ ｒ ｈ ｔ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ
摘要 ： 通 过 建 立 某 车 型 发动 机 舱 罩 的 有 限 元模 型进 行 模 态 分析 ， 利 用 拓 扑优 化 方法 对 其 结 构 进 行 优 化 设 计 并 提 出了 两种优化方案 ， 经 过 进 一步 分析 和 制 造 工 艺 性 能 的对 比 ， 确 定 了一 种 结 构优 化 方案 。最 后 验 证 了优 化 方案 的 刚 度 ， 提 高 了发 动 机 舱 罩 的 整体 性 能 ， 达 到 了优 化 的 目的 。计 算机 辅 助 工 程 （ Ｃ Ａ Ｅ） 工具 的运 用 能够 为工 程 设 计 人 员指 明设 计 方向， 缩 短研 发周 期 ， 降低 研 发 成 本 ， 取 得 良好 的 经济 效 益 。
设 计 一礤 究
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ４ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５ － ２ ５ ５ ０ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ２ ． ０ ０ ４
汽车科技第２ 期２ ０ １ ３ 年３ 月
基于 Ｃ Ａ Ｅ的发动机舱罩结构分析及优化设计
李 林
（ 上 海 海 马汽 车 研 发 有 限 公司 ， 上海 ２ ０ １ ２ ０ １ ）
关键 词 ： 计 算 机辅 助 工 程 （ Ｃ Ａ Ｅ） ； 拓 扑优 化 ； 发 动 机舱 罩
中 图分 类 号 ： Ｕ４ ６ ３ ． ８ ３ ＋ ３ 文 献标 志 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ５ － ２ ５ ５ ０（ ２ ０ １ ３） ０ ２ — ０ ０ １ ６ — ０ ４
基于CAE技术的发动机水泵选型研究
流量压力损失 ， 故用散热元件进行简化 。 （） ２ 模型 中的阻力元件 主要 是用于模拟发动机 出水座 中管路突变和弯管 的阻力损失。这 主要是因 为出水支座结构 比较复杂 ，用突变和弯管模拟不准 确所致。 ２３ 模 型 参数 的 输入 和 标定 ． 按原有水泵冷却 系统 的相关参数 ，对一维模 型 进 行 参数 输 人 和标 定 。 分 别 对 水 泵 ３５０ｒｍ 和 ７００ｒｍ两 个 工 况 点 ０ ｐ ０ ｐ 进行 标定 ： （ ） 泵 在 ３５０ｒｍ 时 １水 ０ ｐ 整车冷却系统 的冷却液流量为 ６ ／ｉ， ８ ｍｎ 和发动 Ｌ
Ｅｑ ｉ ｍｅ ｔ ｕ ｐ ｎ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｎｏ９， ０ ２ ｎ ｆ ｃｒ ｇ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ． ２ 水 泵选 型 研 究 Ａ
方 明壮 ， 翁俊 华 ， 帆 ， 张 刘高领
（ 上汽通用五菱汽车股份有限公司 ， 广西 柳州 ５５ ０ ） ４０ ７
１２ 水泵 设 计优 化流 程 ．
１ 发动机水泵优化 设计
发 动机 工 作 时产 生 大 量 的 热量 ，如 汽 油 机 气 缸 内温 度 可达 到 １ ０ ０—２００ ：与 高 温燃 气 相 接处 的 ８ ０ ％ ， 零 件 受 到 强烈 的加 热 ， 因此 ， 要 对 相 关零 件 进 行 冷 需
６ ０
≥１ ． ８
表 ２ 两个水 泵的水泵性能 实验值
水象 方案 水 泵转 逮 — ＿ 水 泵巍量 ｆｗ 扬程 ｈａ Ｈ 【】 豳“ ｌ ｏ ｅ ｄ ｍ 叩ｅ ｎ ） 耐 （ ｍ ｐ 硼 ｅ Ｉ ｉ】 皿ｎ Ｑ
７０ ｏ ０ ｌ ２５ ６ ０ Ｉ ．６ ５８ ３１ ．２
一
维 流 体 Ｃ Ｅ水 泵 设 计 优 化 中 的流 程 如 下 ： Ａ 一 会产生过热现象 ， 同时充量系数下降 ， 导致燃烧不正 维模型的建立 模 型参数的输入 和标定 控制参数 常， 产生 早 燃 和爆 燃 现 象 ； 件 过 热 导致 材 料 力 学性 的选 择 计算 分析 方案 优化＿ 试验 验证＿ 设 计 零 ＋ ＋ 能降低和产生严重的热应力 ， 导致变形和裂 纹 ； 温度 优化 。
整车NVH性能开发中的CAE技术综述
整车NVH性能开发中的CAE技术综述一、本文概述随着汽车工业的飞速发展，消费者对汽车品质的要求日益提高，整车的NVH（Noise, Vibration, and Harshness，即噪声、振动与声振粗糙度）性能已成为评价汽车品质的重要指标。
为了满足市场的需求和提升产品竞争力，整车NVH性能开发显得尤为关键。
在这个过程中，计算机辅助工程（CAE）技术以其高效、精准的特点，成为了NVH性能开发中不可或缺的工具。
本文旨在对整车NVH性能开发中的CAE技术进行全面综述。
我们将对NVH性能的重要性和影响因素进行简要介绍，以便更好地理解CAE技术在NVH性能开发中的应用背景。
接着，我们将重点分析CAE 技术在整车NVH性能开发中的应用现状，包括其在噪声控制、振动分析和声振粗糙度优化等方面的具体应用。
我们还将探讨CAE技术在NVH性能开发中的优势和局限性，以及未来可能的发展方向。
通过本文的综述，我们期望能够为从事整车NVH性能开发的工程师和研究人员提供有益的参考和启示，推动CAE技术在整车NVH性能开发中的进一步应用和发展。
二、NVH性能开发概述NVH（Noise, Vibration, and Harshness）性能是评价汽车乘坐舒适性的重要指标，涵盖了车内噪音、振动以及冲击等感觉。
随着消费者对汽车舒适性要求的日益提高，NVH性能的开发和优化在整车开发中占据了越来越重要的地位。
NVH性能开发不仅涉及到车辆设计、制造、试验等多个环节，还涵盖了声学、振动理论、材料科学等多个学科领域。
在整车NVH性能开发中，CAE（Computer-Aided Engineering）技术以其高效、精确的特点，成为了不可或缺的工具。
CAE技术可以对车辆的NVH性能进行仿真分析和预测，帮助工程师在车辆设计阶段就发现并解决潜在的NVH问题，避免了后期物理样车试验的繁琐和高昂成本。
同时，CAE技术还可以对不同的设计方案进行快速比较和优化，提高了整车的NVH性能开发效率。
cae在汽车零部件上的运用
cae在汽车零部件上的运用CAE是计算机辅助工程的缩写，它是一种基于计算机仿真技术的工程分析方式。
在汽车零部件设计中，CAE已经成为了必不可少的一种工具，能够准确地评估设计方案，提高产品的质量和安全性，同时也降低了开发成本和周期，加速了产品的投产速度。
下面将结合汽车零部件的实际应用，详细介绍CAE在汽车零部件上的应用。
首先，在发动机设计中，CAE可以帮助工程师评估设计方案并优化产品性能。
比如，使用CAE技术可以通过对发动机部件的力学和流体学分析，评估发动机的性能和寿命，比如水泵、风扇、气门、连杆等部件的强度和耐久性。
这对于提高发动机的效率和可靠性非常关键，同时也可以节约制作样件的费用和时间。
其次，在悬挂系统设计中，CAE可以模拟汽车行驶时的动态条件，评估悬挂系统的强度、刚度和减震能力等性能。
通过对悬挂系统的分析，可以找到问题并优化设计方案，从而提高悬挂系统的性能和安全性。
CAE技术还可以帮助工程师预测悬挂系统在不同路面条件下的行驶性能，例如在颠簸路面和弯曲路面上的寿命和耐用性，帮助设计更加安全和舒适的悬挂系统。
此外，在车身结构设计中，CAE可以精确地分析汽车的强度和刚度，以及车身结构在碰撞中的承受能力。
通过模拟碰撞测试，可以评估车身的安全性能，找到薄弱环节并加以改善。
此外，匹配合适的材料和结构，在强度和重量之间寻找平衡点，可以实现同时提高车身的安全性和车身质量的降低。
最后，在零部件生产和制造过程中，CAE可以帮助工程师通过模拟和仿真的方式，找到生产过程中存在的问题并加以改进。
使用CAE技术可以提前识别某些生产过程中的不良影响和成本影响因素，减少错误比例，加快生产速度，提高生产效率和品质水平。
总之，CAE在汽车零部件设计和生产中起到了至关重要的作用。
它可以在产品研发早期及时发现并解决问题，在保证产品质量的前提下降低成本，提高生产效率和质量水平。
对于未来汽车行业的快速发展，CAE技术一定会助力企业实现其发展目标。
CAE在活塞的应用(CAE应用)
汽油机活塞受热有限元分析姓名：xxx学号：20101060xxx班级：车辆102班摘要：活塞作为内燃机的主要受热零部件之一，由于受热面积大，散热条件差，承受非常大的热负荷。
在进行设计改进时，需考虑其热负荷问题，应对其进行热场预测及数值分析，研究其热应力和热变形。
通过运用有限元分析软件，仿真分析得到活塞三维温度场，并计算其热变形，为活塞的结构改进和优化提供了重要依据。
关键词：活塞有限元温度场热变形活塞是传统内燃机的核心部件之一，其性能的优良直接影响到整个内燃机的性能及可靠性。
活塞的主要功用是承受气缸内的燃烧压力，并将此力通过活塞销和连杆传递给曲轴。
其作为内燃机的主要受热零部件之一，由于受热面积大，散热条件差，状态交替迅速，因而承受非常大的热负荷。
由此产生的热变形严重影响着活塞的工作性能，使用寿命，并可能导致内燃机严重磨损、拉缸，甚至破坏等故障，极大地影响整机的性能和可靠性[1]。
因此，在进行内燃机活塞结构设计、改进工作时，必须考虑其热负荷问题，应对其进行热场预测及数值分析，研究其热应力和热变形等，为设计、优化提供理论依据。
要评价活塞的热负荷，直观而有效的方法是求得活塞的温度场，从温度场就可总观活塞温度的全貌及其热流分布是否合理，以便为其热负荷的改善指明途径，同时活塞的温度场还是求取热应力和热变形的主要依据[2]。
以CB250 小型汽油机的活塞为例子进行有限元分析。
1 有限元分析模型建立ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。
它是一个协同、开放、集成的多物理场仿真平台。
我们运用其热分析功能，对 CB250 活塞进行热分析。
分析对象是平顶型活塞，分析流程是，首先在应用 UG建立三维模型，接着导入有限元分析软件 ABAQUS 中，计算得到活塞的温度场、热变形、热应力等结果。
1.1 模型建立一般来说有限元单元划分越小，计算精度就越高。
随着计算机技术的不断进步，在一定的计算时间内，计算机处理的单元数目大大增加，对于活塞样形状复杂和温度变化剧烈的受热件，可以把单元画得精细一些。
04_潍柴动力技术中心产品开发中CAE技术的全面集成_潍柴_季炳伟
（噪声、振动及平顺性）计算分析，仿真驱动设计。
负责柴油机、变速箱及整车等市场反馈问题，如性能匹配、结构强度、CFD(计算 流体动力学)及NVH 进行计算分析。 配合试验室进行可靠性试验研究。 配合试验室进行振动噪声测试。
一、潍柴技术中心CAE简介
二、产品开发中CAE技术集成 三、实例１：主轴承壁计算(概念设计)
3+3*（2~3)*(6~10）=39~93
实例2：主轴承壁分析（布置设计阶段）
单元与节点编号与全局计算模型完 全一致，否则载荷无法加入到最终模 型中； 轴瓦位置可偏移，与EHD模型中轴瓦 的位置完全一致，以满足计算不同轴 瓦时的载荷映射需要。
EHD载荷映射模型
实例2：主轴承壁分析（布置设计阶段）
布置设计阶段主轴承壁计算模型
实例2：主轴承壁分析（布置设计阶段） 计算工况： I. 装配载荷（螺栓预紧、轴瓦过盈） II. 热机温度载荷（恒温130℃） III.最大扭矩转速、额定转速、可持续超转速 IV. 轴瓦位置选取危险位置（根据动力学分析） V. 每个转速取6到10个转角位置进行计算 总工况：
五、计算与试验对比 六、个人体会
实例1：主轴承壁分析（概念设计阶段）
采用装配力（螺栓、轴瓦过盈）、轴承载荷、气体爆发压力（来自1D动力学计算）进行计算， 采用两个半缸模型。
Designer
曲轴转角 190 250 310 550 610
kＮ 112.2 150.8 29.8 112.2 150.8
一、潍柴技术中心CAE简介
二、产品开发中CAE技术集成 三、实例１：主轴承壁计算(概念设计)
目
录
四、实例２： 四、实例2：主轴承壁计算(布置设计)
五、计算与试验对比 六、个人体会
2024年cae工程师岗位职责16篇
2024年cae工程师岗位职责16篇目录cae软件工程师职位描述与岗位职责任职要求职位描述：岗位职责：精通使用cae仿真工程软件，能够为客户提供技术开发、咨询、服务以及二次开发等。
配合销售解题，分析客户需求，并为销售提供技术帮助及售后服务。
收集、整理行业相关分析案例，填写行业技术解决方案。
任职要求：力学、机械等相关理工科专业，博士学历（条件优秀者可放宽至硕士），英语六级。
精通lstc-dyna、hypermesh前处理等cae软件，有五年及以上相关使用经验。
年龄在25至35岁之间。
有行业经验者优先考虑。
cae有限元工程师岗位职责仿真/有限元分析/cae工程师护童科技杭州护童科技有限公司,护童,护童科技,护童任职要求:1、具有良好的理论知识:材料力学,工程力学,结构力学及相关。
2、有cae软件实践经验(patran, abaqus, ansys, nastran等) ,熟悉复杂网格的划分,能够使用hyperworks等网格划分软件3、熟悉1种3维建模软件,能够独立的完成设计模型到分析模型的转换。
4、具有如下多学科仿真分析能力,优厚录取:adams(多体动力学)解决方案/msc fatigue耐久性(疲劳)/patran-有限元分析解决方案/拓扑优化岗位职责1、使用分析和数字方法(具体是有限元建模)对静压,疲劳,冲击计算,来评估产品结构可靠性2、能进行热仿真、固热耦合结构分析,能对热源对产品的影响提出改进建议cae仿真工程师岗位职责cae仿真工程师职责任职要求cae仿真工程师岗位职责工作内容:1、负责消费品电子电池跌落与shock仿真模型搭建，结合实验修正模型;2、根据仿真分析结果并结合实验设计，提出优化方案以提高电池跌落和shock通过率;3、解决消费品电子电池在循环膨胀过程中电芯结构的变形、强度以及耐久性问题分析;4、负责消费品电子电池整体力学模型开发和仿真规范基本流程与规范的建立;5、负责消费品电子电池产品设计制造，工艺开发，测试验证及量产过程中的机械性能失效分析和优化;6、负责公司基本的力学性能测试，fe模型材料参数的设定和优化;7、小型pack结构机械可靠性综合评估及设计优化，内容包括静力学结构强度，动力学冲击及跌落，可靠性如振动，热应力疲劳寿命。
CAE技术在汽车行业的应用
CAE技术在汽车行业的应用CAE技术在汽车行业的应用从最初的线弹性部分分析到汽车结构中大量的非线性问题分析，到现在汽车疲劳寿命分析、NVH分析、碰撞模拟等，CAE分析几乎涵盖了汽车性能的所有方面。
一、刚度和强度分析1、车架和车身的强度和刚度分析车架和车身是汽车结构中最为复杂的受力部件，其强度和刚度分析对整个汽车的承载能力和抗变形能力至关重要。
此外，基于强度和刚度分析的车架和车身结构优化对整车的轻量化从而提高经济性和动力性也有很大作用。
2、齿轮的弯曲应力和接触应力分析通过对齿轮齿根弯曲应力和齿面接触应力的分析，优化齿轮结构参数，提高齿轮的承载载力和使用寿命。
3、发动机零件的应力分析发动机零件在工作过程中受到气缸内气体的高压力和热应力，通过有限元分析找出应力集中的危险部位加以改进则可以预防事故发生。
二、NVH分析噪音（Noise）、振动（Vibration）、平稳（Harshness），通俗称为乘坐“舒适感”。
随着收入水平的提高，消费者越来越看重汽车产品的舒适性即NVH性能，因此汽车开发中也必不可少的要进行NVH分析，主要包括动力系统NVH、车身NVH、底盘NVH三大部分。
而汽车NVH分析则涉及到汽车在各级频率的模态分析，不同路面工况激励下的汽车振型、还有风噪、发动机噪声、轮胎噪声等声学研究，这些都离不开CAE仿真分析。
三、 机构运动分析机构运动分析就是根据原动件的已知运动规律，求该机构其他构件上某些点的位移、轨迹、速度和加速度，以及这些构件的角位移、角速度和角加速度。
通过对机构进行速度分析，了解从动件的速度变化规律能否满足工作要求，了解机构加速度的变化规律。
机构运动分析的方法很多，主要有图解法和解析法。
四、车辆碰撞模拟分析汽车安全性分为主动安全性和被动安全性主动安全性是指汽车能够识别潜在的危险自动减速，或者当突发的因素出现时，能够在驾驶员的操纵下避免发生交通事故的性能。
被动安全性是指汽车发生不可避免的交通事故后，能够对车内乘员或行人进行保护，以免发生伤害或使伤害降低到最小程度。
(完整版)CAE技术及其在车辆行业的运用
本文在简要介绍CAE及其分支虚拟样机技术的基础上，以世界几个著名公司的CAE应用情况阐明了CAE技术的重要作用。
本文以作者所在单位的具体情况为出发点，阐述了应用CAE 技术的迫切性和美好的应用前景，并结合作者的实践，提出了一些具体建议。
一、CAE技术简介1.CAE技术2.CAE软件3.CAE内涵4.CAE在产品研制中的作用二、虚拟样机1.虚拟样机技术2.虚拟样机技术的特点3.虚拟样机应用效果三、CAE技术发展趋势四、CAE技术应用实例五、几点建议一、CAE技术简介1.CAE技术随着科技的发展进步，产品在趋于多样化、智能化的同时，会不可避免地趋于复杂化。
对于复杂的工程，人们都希望能在产品生产以前对设计方案进行精确的试验、分析和论证，这些工作需要借助计算机实现，就是计算机辅助工程，即CAE（Computer Aided Engineering）。
CAE是包括产品设计、工程分析、数据管理、试验、仿真和制造的一个综合过程，关键是在三维实体建模的基础上，从产品的设计阶段开始，按实际条件进行仿真和结构分析，按性能要求进行设计和综合评价，以便从多个方案中选择最佳方案，或者直接进行设计优化。
目前，为了更好地进行各工程阶段的工作，设计人员已越来越多地运用计算机辅助手段，于是产生了一系列的技术分支，如计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）、计算机辅助试验CAT（Computer Aided Test）、计算机辅助工艺过程设计CAPP（Computer Aided Process Planning）以及计算机辅助制造CAM（Computer Aided Manufacturing）等，有时将它们统称为CAX技术。
2.CAE软件在工程中应用CAE技术，需要一个载体，而CAE技术的载体就是CAE软件。
CAE软件是结合计算力学、计算数学、相关的工程科学、工程管理学和现代计算技术，而形成的综合性、知识密集型信息产品。
CAE技术在发动机开发中的应用
CAE技术在发动机开发中的应用陈超;王旭东;吴丰凯;胡景彦;洪进【摘要】The engine is developed by means of CAE,such as multibody dynamics simulation,thermodynamic and vibration analysis,so the problems of engine fatigue failure,large power and fuel consumption,and quality reduced by vibration and noise can be solved. Also dur-ing several stages of traditional engine development process,the defects can be avoided,as only by reference to foreign similar prototype,de-pending on subjective experience of engineering design personnel and needing a large number of blind testing and experiments. CAE software, such as BOOST,ABAQUS,FIRE,were used in examples to illustrate application of CAE technology in engine development.%在发动机开发中借助CAE，如多体动力学模拟仿真、热力学、振动学分析等，能够解决发动机中疲劳破坏、功率和油耗大、振动和噪声使发动机品质下降等问题，也能够避免传统发动机研发过程中仅仅靠参考国外同类型样机，依赖工程设计人员的主观经验，经过大量盲目试验与测试的缺点。
动力总成振动CAE与试验对比分析
动力总成振动CAE与试验对比分析张磊周舟余波（长安汽车股份有限公司汽车工程研究院，重庆，401120）摘 要：基于LMS-Testlab软件，对长安某量产发动机进行发动机振动测试，判断其表面振动水平。
同时，利用测试结果，与仿真计算结果进行对比，确认计算结果的正确性。
结果表明，应用LMS-Testlab系统的发动机振动测试能够准确地获得发动机的振动特性数据。
关键词：LMS-Testlab、发动机、振动测试Engine Vibration Results Comparison BetweenSimulation and TestZHANG Lei ZHOU Zhou YU Bo（Automobile Engineering Institute of ChangAn Automobile Co. Ltd，Chongqing, 401120）Abstract: Based on the software LMS-Testlab, one mass-produced engine of Changan has been tested and evaluated by means of surface velocity. Additionally, simulation results have been compared with test results in order to validate each other. Results shows that based on LMS-Testlab system, engine vibration behavior can be accurately obtained.Key Words: LMS-Testlab, Engine, Vibration Test1. 前言在发动机开发的中后期，如何准确地对即将推向市场的产品的性能进行验证显得十分重要，这也是试验工作的重要意义之一。
CAE-发动机解决方案
发动机解决方案1发动机概述1.1综合性能进展（一）用于机车船舶及固定式装置的中低速柴油机在中、低速大型动力装置中几乎毫无例外的采用柴油机。
（二）高速车用发动机由于能源和环境形势的严峻，车用发动机的生产和使用都受到排气净化法规和燃油耗法规的严格限制，这种限制促进了内燃机技术水平的提高和各种新技术的开发研究与应用，使车用发动机达到一个新的水平。
1、车用汽油机汽油机仍是汽车发动机的传统机型，升功率高，工作柔和平稳，噪声低，比容积小，比质量轻，在轿车和轻型车上仍占有优势。
为满足排放法规并达到良好的燃油经济性，汽油机采用了高空燃比、稀混合气燃烧系统、多气门技术、燃油喷射系统等技术，得到了长足发展。
2、车用柴油机通常柴油机车的运行油耗比汽油机要低30~40%，所以近年来国际上明显的发展趋势是大量发展柴油机车，即使在轿车领域，柴油机的渗透量也在逐年增加。
（三）小型通用柴油机为耕耘机、拖拉机等农业机械配套二发展起来的，大致分为卧式和立式两大类。
立式柴油机由于作业机械向大型发展，以及考虑到改善操作条件，并满足小型、高速、大功率以及低振动、低噪声等方面的要求，正向多缸机发展，可用于农业以外的一般工业用途，也是车用柴油机激烈竞争的对象。
1.2基本构造及工作原理1.2.1构造骨架：机体、气缸套、曲轴箱、气缸盖、油底壳两大机构：曲柄连杆机构、配气机构五大系统：进排气系统、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、起动系统1.2.2工作原理1.3市场及发展柴油发动机是目前产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的机型，它已经成为汽车、农业机械、工程机械、船舶、内燃机车、地质和石油钻机、军用、通用设备、移动和备用电站等装备的主要配套动力。
由于其行业覆盖面较广，因此，柴油机行业和国家整体经济走势密切相关。
2011年2011年我国柴油机十强企业分别为玉柴集团、一汽集团、淮柴、全柴、东风汽车、东风朝柴、云内动力、重汽集团、江西江玲、山东莱动，其产、销量分别占柴油机总产、销量的85.39%和85.92%，行业集中度高，柴油机十强企业基本代表柴油机市场的整体状况。
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内燃机设计中的CAD/CAE/CFD技术作者：佚名来源：不详发布时间：2008-2-29 16:37:08 发布人：admin减小字体增大字体一、前言我国内燃机传统的设计过程中，由于前期设计阶段缺乏试验用的样机，往往参考国外同类型样机，依靠工程设计人员的经验，经过大量试验与测试，进行改进设计，因此很难避免设计中存在潜在的缺陷。
这样，有关装配、操作和维护的问题往往只会在设计后期或在最终产品试车过程中，甚至在投入使用一段时间后才能暴露出来，所以产品往往不得不返回到构造设计阶段以进行必要的修改，这样的设计过程不仅效率低，费用还高。
早在二十世纪八十年代，我国就提出了"甩图板"的口号，成为我国制造业信息化建设起步的号角。
今天越来越多的企业正在把信息化作为推动本企业发展的重要手段，而在信息化的应用上以CAD/CAE技术最为广泛。
早期的CAD就是单纯的二维绘图，在内燃机行业中最早使用的是Auto CAD、CAXA，它们是真正的电子图板，随着软件业、计算机技术的蓬勃发展，大量三维CAD软件层出不穷，如UG、Pro/E、SolidWorks、CATIA等，它们卓越的参数化设计和基于特征设计功能受到广大内燃机设计工作人员的青睐。
CAE/CFD软件是迅速发展中的计算力学、计算数学与现代计算机科学和技术相结合而形成的一种综合性、知识密集型的信息产品。
随着市场竞争日益激烈，更多的企业越来越清楚意识到要想提高工程、产品的设计质量，降低研究开发成本，缩短开发周期，推出优秀的创新产品，从而尽快地占领更多的市场，那么应该把CAE/CFD技术作为实现工程、产品创新的有力工具和重要的支撑技术。
而内燃机作为一种十分复杂的热力机械，在它的设计中涉及的运动学、动力学、热、力、噪声等问题，使CAE/CFD得到了广泛应用。
图1 某小型内燃机二、CAD在内燃机设计中的应用内燃机中许多零部件的设计，如果采用传统手工设计方法很难满足精度要求，而使用CAD 技术，尤其是三维CAD技术能直观表达、设计方便。
在内燃机的计算机辅助设计中，实体造型是其中的重要过程。
早期的CAD软件建模结束后导入CAE分析得出结论之后，往往需要修改设计方案，现在由于参数化建模思想和基于特征建模思想的产生，使某一尺寸发生变化需重新建模的尴尬彻底消失，图形的修改变得十分容易，设计效率变得更高。
另外，在给客户提供零部件改进方案或三维效果图时，常常是只有实物而没有任何图纸或CAD数据，特别是样件造型中有曲线、曲面时，很难通过测量获得准确的数据，以至于得不到原件的精确三维图。
由工件产生图纸或相关尺寸数据的过程属于逆向工程领域，它可以采用三坐标法获得，而目前三坐标中又引入了CAD功能，使这项工作变得相对简单。
例如首先用三坐标测量仪获得工件点云，再利用Imageware等软件处理点云，导入UG等CAD 软件对数据进行处理，即可得到精确三维图。
下面列举几个CAD方面的例子：①三维测绘到CAD建模图2 某小型冷却风扇三维测绘后实拍图内燃机冷却风扇CAD模型②内燃机设计中的CAD建模图3 某小型内燃机总装三维模型图4 某摩托车消声器CAD模型三、CAE在内燃机设计中的应用目前在国内的内燃机设计中广泛采用了CAE技术，但企业的重视程度却不高，尤其是一些中小发动机生产厂家，这不仅是由于CAE软件价格昂贵且全英文界面，更主要是对软件操作人员知识层次要求很高，企业培养一个自己的科研团队往往是投入大、回报少，因此它并不像CAD那样普及，主要模式是内燃机有关的科研院所和生产企业合作开发新产品，企业提要求，科研院所出方案。
在国外，不论是概念设计阶段还是产品开发阶段，只要是产品设计就必须用CAE。
这不仅是观念问题，而是由于国外的竞争完全是白热化的。
产品研制周期的延误、公司的承载能力和产品成本等任何问题都会对企业造成非常大的影响，CAE技术是帮助他们提高研发能力最具价值的投入。
伴随着国内行业间竞争的日益激烈，不靠创新来提高产品附加值就很难生存和发展。
此时，企业就会迫于市场压力而不断改良产品，CAE在国内的应用也将更为普及与深入。
CAE技术在内燃机设计中的主要应用有：(1)结构强度分析结构强度是保证内燃机工作安全性、可靠性的重要指标，因此结构强度分析应用最为广泛。
它可以判断结构在工作载荷作用下是否安全，哪些部位发生应力集中，哪些部位强度不足，以此来改进设计。
像ANSYS、MSC.NASTRAN等大型CAE软件都提供了极为方便快捷的分析手段。
(2)动力学仿真分析动力学仿真基于多体动力学理论，可在研究阶段预测内燃机运动机构甚至整车的动力学性能，对这些性能进行优化，以达到提高产品性能的目的。
MSC.Adams就是其中一款十分优秀的专业动力学分析软件。
(3)其他分析结构优化设计、模态分析、疲劳分析、热分析、噪声分析等也都是内燃机设计中经常要进行的仿真内容，绝大多数的大型有限元软件都能做以上分析。
下面列举几个CAE方面的例子：①内燃机设计中强度校核图5 某小型发动机飞轮螺栓强度校核②内燃机设计中的运动机构动力学仿真图6 某小型内燃机运动机构动力学仿真图7 相应的气门弹簧受力曲线图8 相应的凸轮与挺柱间接触力曲线③内燃机设计中的零部件噪声分析图9 某小型内燃机冷却风扇3600rpm时由于结构振动而辐射噪声的声压云图四、CFD在内燃机设计中的应用随着计算机技术和湍流理论的发展，CFD即计算流体力学在研究和应用方面都取得了长足的进步。
对于内燃机而言，它的进气、排气、冷却风扇、气缸等所有和流场密切相关的零部件对发动机性能影响都十分巨大，与试验研究相比，CFD开发时间短，所用的经费少，可以方便灵活地改变初始条件、边界条件以及几何边界条件，对研究对象的外流特性、内流特性，对整体、局部描述都十分清晰，它能使设计人员对流场品质和流动机理有更为深刻的认识，得到一些试验手段所得不到的理解和结论，因此尽管试验的可信度高，但由于试验测试手段的局限，且计算机模拟不受外界干扰等诸多优点的存在，CFD技术在内燃机设计阶段被普遍采用。
近年来，一些新的湍流模型和燃烧模型的提出使CFD在内燃机领域的应用更加深入，而网格技术的不断发展和计算机硬件水平的快速提升使网格数目可以划分的更多，使计算精度也在不断提高。
国外在计算汽车外流场时，误差已经控制在5%以下，但国内CFD技术只是在最近五六年内才开始普及，积累经验还很少，还处于摸索阶段。
下面列举几个CFD方面的例子：①内燃机设计中某小型内燃机冷却风扇内流场分析图10 某小型内燃机冷却风扇内流场速度云图②内燃机设计中某小型内燃机进气道内流场分析图11 某小型内燃机进气道内流场湍流强度云图③内燃机设计中某小型内燃机消声器内流场分析图12 某小型内燃机消声器内部声功率级云图五、内燃机设计中专用软件简介国外的一些内燃机技术服务公司如美国的Gamma Technologies，英国Ricardo，比利时的LMS，奥地利的AVL都有自己的内燃机设计和仿真/分析软件，主要用于内燃机的动态特性仿真，各种运行情况下的耗油量分析，噪声、振动分析，结构力学性能分析，缸内燃烧特性分析等等。
总之无论是新机型设计，原有机型改造还是内燃机系统的集成，都可以从这些软件的使用中得到非常有益的参考结果。
这类软件往往价格昂贵，而目前通用CAD/CAE/CFD软件多数支持二次开发，因此国内的内燃机设计人员在资金不足情况下可以根据自身需要开发出属于自己的设计模块、设计模板，以求进一步缩短产品研发周期，提高工作效率。
六、总结国内内燃机行业要想不断快速向前发展，就要依托于CAD/CAE/CFD技术，而广大内燃机设计人员要想设计出高性能的内燃机就要掌握这项技术。
在同国外同行业竞争中要立于不败之地关键就是创新，而CAD/CAE/CFD软件为我们创新设计提供了很好的工具。
这使我们有理由相信，这项技术必然会在内燃机行业中发挥越来越重要的作用，并使内燃机设计迈上一个崭新的台阶。
参考文献[1] 于建清，CAD在内燃机设计中的应用，山东内燃机，2004.10[2] 李美芳，CAE技术及其发展趋势，制造业信息化，2005.8.vol(4)[3] 宋振寰、朱炳哲，计算流体力学在模拟汽车外流场研究方面的发展状况，汽车科技，2002.1[ 本日：上一篇文章：飞机设计计算中CFD方法应用的探索下一篇文章：大型锥形环件成型制造新工艺及其数值模拟∷相关文章评论∷（评论内容只代表网友观点，与本站立场无关！）[更多评论…]发动机研发中的动力学与有限元分析2009年04月20日长安汽车股份有限公司汽车工程研究院【摘要】：本文阐述了发动机（包括动力总成）开发中应用MSC.ADAMS 和MSC.Nastran软件完成的动力学和有限元分析内容，并结合长安公司的产品开发，详述了几个典型的分析算例，它们分别是：曲轴系分析、缸体缸盖一体化分析、配气机构分析、常用附件结构分析、动力总成模态分析以及动力总成悬置系统分析。
这些算例表明，CAE分析技术逐渐成为发动机开发过程中的重要技术手段。
1 概述随着现代发动机技术的发展，CAE分析在新型发动机开发过程中地位不断提高，逐渐成为了与传统试验平行的开发手段。
新机型在开发过程中的需要考虑的刚度、强度、疲劳、振动、噪声等问题，都可以在设计阶段应用CAE手段解决，大幅度提高设计质量，缩短开发周期，节省开发费用，避免产品在投放市场时出现致命的质量问题。
在发动机的CAE分析中，主要可分为性能分析、流场分析以及结构分析三个研究方向，其中结构分析是针对零部件级（比如活塞、连杆等）、子系统级（比如曲轴系）和总成级（比如整机和动力总成）三个级别的对象进行动力学和有限元分析，主要分析内容包括分析各级别对象的刚度、强度、疲劳、模态、温度、刚体运动、弹性振动等。
根据现代发动机开发的要求以及以往的开发经验，发动结构分析的基本内容如图1所示。
MSC.ADAMS以运动学和动力学分析见长，可有效地对发动机中的运动机构进行分析，其中MSC.ADAMS/Engine模块提供了若干发动机常用部件的分析模块。
MSC.Nastran则是以成熟的有限元分析技术在发动机结构分析领域占有重要的地位。
本文将结合长安公司的产品开发，详细论述几个应用MSC.ADAMS 和MSC.Nastran 完成的发动机结构分析算例。
图1 发动机结构分析基本内容2 典型分析算例2.1 曲轴系分析曲轴是发动机中结构比较复杂，承受载荷比较大的零件。
在曲轴的工作过程中，疲劳失效往往是其失效的主要原因，因此，对曲轴疲劳性能研究显得尤为重要。
由于曲轴属于高速旋转部件，若采用传统的静强度分析方面，则不能准确地反映曲轴在工作状态下真实的受力情况。
所以，本文采用了基于动力学分析的曲轴强度分析方法。